JPS5822521B2 - 粉末冶金用ステンレス鋼粉の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉
を有機結合剤で被覆して成形性等を附与し、粉末冶金用
のステンレス鋼粉として実用化できる粉末となす方法に
関する。

従来公知のステンレス鋼粉の製造方法には、アトマイズ
法と、粒界腐食法がある。

後者は、ステンレス鋼を５００〜７５０°Ｃの範囲内で
一定時間加熱することによって、カーバイドが結晶粒界
に析出し、これが成る種の溶液によって非常に腐食され
易い状態となり、結果として単結晶体乃至複合結晶体の
粉末が生成される（米国特許第２．４０７，８６２号「
高合金の粉末冶金用粉末の製造方法」参照）。

その特徴とするところは、生成された粉末は、高温に曝
されないためアトマイズ法により生成されたステンレス
鋼粉の如き酸素含有量が高くなく、又、単結晶体或いは
複合結晶体の多面体形状という固有の形状をしており、
はぼ球形状であるため、金型に充填して圧粉成形すると
高密度の成形体が得られる。

反面、成形過程において粒子同志の絡み合い等が、アト
マイズ法によるものに比べて生じにくいために、圧粉体
の強度が弱い欠点を有しており、従って次工程へ搬送さ
れて行く間に圧粉体形状が欠損されてしまう危険がある
。

従来、金属粉末の成形性、潤滑性を改善するために、こ
れに有機結合剤等を添加することが知られている。

しかし、粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉の
場合、有機結合剤の種類、量及びその添加方法等につい
て未だ解明されておらず、そのために、現在粒界腐食法
によって生成されたステンレス鋼粉は、粉末冶金用とし
ては工業的に利用されていない。

本発明は、粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉
から、機械構造用ステンレス鋼焼結品を製造するために
、成形性、潤滑性を改善するに適する有機結合剤の種類
、量及びその添加方法を種線研究の結果、得られたもの
であり、その要旨とするところは、メチルセルロース、
エチルセルロース、カルボキシルセルロース、トラガン
トゴムのいずれか１つを、水又は加熱された水で溶解し
て粘稠性の液体となす第１工程と、第１工程で得られた
液体中へ粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉を
力日えて混練する第２工程と、第２工程で混練されたス
テンレス鋼粉を１５０℃から前記有機結合剤が炭化若し
くは変成する温度未満で強熱乾燥する第３工程と、第３
工程で得られた乾燥塊を粉砕、分級する第４工程とより
なることを特徴とするものである。

次に本発明をその工程に従って説明する。

その前に、以下に説明する粒界腐食法によるステンレス
鋼粉は、ＪＩＳ−８ＵＳ３０４鋼から試作した粉末で、
その粒度は、通常粉末冶金用として使用されている１０
０メツシユ以下のものを使用した。

（１）有機結合剤の種類 従来、金属粉末の成形性、潤滑性を改善する有機結合剤
として公知のものは、ステアリン酸、ステアリン酸金属
塩、パラフィン、アビセル、樟脳等を始めとして、常温
で粉末状の有機結合剤である。

粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉（以下、素
材粉末と称する）が機械構造用ステンレス鋼焼結品を造
る原料粉末として使用できるように、素材粉末に添加さ
れる有機結合剤の具有すべき諸性質は、次のものが挙げ
られる。

即ち、かかる有機結合剤としては■原料粉末が成形用金
型の隅々まで充填されるための流動性、■充填時に素材
粉末が有機結合剤と分離し、偏析しないための無偏析性
、■成形時に原料粉末を圧粉成形しても、圧粉体密度が
低下しない（圧縮性）こと、■金型の長寿命化と金型か
ら抜出し時における圧粉体欠損防止のための潤滑性、■
抜出し後の移動時における圧粉体の欠損防止のための成
形性及び■高温焼結に先立って、添加されていた有機結
合剤を溶融、気化させて、脱気飛散させる時における割
れ又はふくれ等を生じない脱ろう性等を具有することが
必要である。

上記有機結合剤の具有すべき諸性質中、主要なものを次
表に纏めた。

（注）圧縮性、潤滑性及び脱ろう性の評価用状１験片は
、圧粉圧カフｔ／ｃｒＡにて２０φ×２０ｗｌ１（こ成
形し更に脱ろう性の評価は６００℃×３０分水素ガスζ
こて脱ろうした。

以下、公知の各種有機結合剤について、その適性を検討
する。

（［）ステアリン酸亜鉛 多面体形状の素材粉末を、潤滑性の優れたステアリン酸
に、機械的ζこ混合しても、素材粉末の粒子表面に付着
しないのみでなく、比重差ζこよって、非常に偏析が起
こり易いため、圧粉成形時における潤滑性は良好である
が、成形性は殆んど改善されることがない。

そのため、この混合粉末は原料粉末として使用すること
ができない。

又、有機溶剤にて、例えば４塩化炭素にて湿式混練し、
その後に有機剤を揮発して得られた原料粉末は、素材粉
末への付着性も弱く、また成形性も改善されない。

（ＩＩ）ステアリン酸或いはパラフィン 凝集性を有するステアリン酸或いはパラフィンと機械的
ζこ混合しても、前記（１）の場合より一層分離して偏
析し易く、得られた混合粉末も流動性が悪く、その上成
形性も低下するし、脱ろう（こよる残留気孔のために焼
結の進行が阻害される。

また、有機溶剤にて湿式混練して揮発させて得られた原
料粉末も同様であり、これも原料粉末として使用するこ
とができない。

１！り 樟脳、ポリビニールアルコール又はアビセル
比較的分離又は偏析しＱこくい樟脳、ポリビニールアル
コール又はアビセル等は機械的に混合したときは大きな
欠陥を有さないが、圧粉体に成形したときの圧粉体密度
が低下して圧縮性が悪く、原料粉末として使用できない
。

又、同様の理由から湿式混練しても、圧縮性が悪くて原
料粉末として使用できない。

（ｉｖ） メチルセルロース又はトラガントゴム■
偏析、圧縮性等における欠点の少ないメチルセルロース
、トラガントゴム等は、機械的に混合して成形しても欠
損を生じ易く、成形性（こ欠陥があって、原料粉末とし
て利用できない。

そこで、後述の湿式混線後乾燥する方法を次に検討して
見た。

即ち、 ■ メチルセルロース又はトラガントゴム１％（重量比
、以下同じ）を、約７０°Ｃのお湯で溶解して粘稠性の
液体となし、これに素材粉末を加えて混練し、これを加
熱炉内に挿入して１５０〜４００°Ｃζこ３０分間加熱
して強熱乾燥した。

■ 成形性 これを粉砕、分級して得られた１００メ ツシユ以下の粉末のラトラー試験片金型で成形性の良否
を評価するＪＳＰＭ標準４−６９に基づいて重量減少率
を求めた結果が第１図に示されている。

これによると、メチルセルロース又はトラガントゴムは
１５０〜３００℃又は１５０〜２５０°Ｃの範囲内で強
熱乾燥することにより重量減少率は３％以下となり、第
１表の評価基準から見て成形性が改善されたことが判る
。

■ 潤滑性等 前記■の方法で素材粉末にメチルセルロ ース又はトラガントゴムを被覆すると、成形性が改善さ
れるが（上記［有］）、これが原料粉末として必要な流
動性、圧縮性、及び潤滑性を具有するかについて検討し
た。

その結果は第２図及び第３図に示す通りである。

第２図又は第３図は、有機結合剤の添加 と流動度又は圧粉体密度との関係を示すグラフであり、
これから、素材粉末は球状に近い多面体形状であるため
又は素材粉末と有機結合剤との密度差があるため単味の
ときから有機結合剤を多く添加する程流動度又は圧粉体
密度が低下することが判る。

この試験Ｏこおいては流れに偏析は認められなかった。

従って前記第１表の評価基準からも、添加量が２０ｉ）
以下の場合良好であることが判かる。

潤滑性の１つの評価方法としての抜出力 は、成形金型と接する圧粉体の側面積とその圧粉体の摩
擦係数との積で表わされ、かつ圧粉成形機の能力に関係
するものである。

メチルセルロース、トラガントゴムのいずれの有機結合
剤も、その添加量の多少Ｑこ拘わず、抜出力は３０ Ｃ
）〜４００Ｋｙ／ｃｎｉである。

このことを前記第１表の潤滑性の評価基準Ｑこ照らすと
、潤滑性が良好なことが判かり、その上焼付きも生ずる
ことがなくて、原料粉末として使用してもよい潤滑性を
有していることが判かる。

■ 脱ろう性 このよう（こして、有機結合剤が素材粉末に添加されて
、素材粉末の成形性、潤滑性を改善することができるが
、かかる有機結合剤が脱ろうするとき実用上使用に耐え
ない欠陥を生じないか検討した。

その結果が次の第２表（こ示されている。

この第２表から、有機結合剤の添加量が 増加すると脱ろう性が悪くなること、殊に、添加量が３
係の場合、脱ろうによって成形品の肌状態が悪くなって
来ることが判かる。

これは有機結合剤が脱気飛散するとき、その添加量が増
加するに従って、脱気、飛散する量も増加するためで、
添加量が３％を越えると、焼結晶に割れ等の欠陥を生じ
て実用ζこ耐えないことが判った。

上記の如き検討の結果から、有機結合剤が２％以下の場
合、前記第１表の脱ろう性の評価基準に照しても、脱ろ
う性が良好であることが判かる。

■ 耐食性 脱ろうした試料を引続いて真空中で １２００°Ｃ１時間焼結を行なって得られた焼結体の性
質、特にステンレス鋼であるために、耐食性の検討も行
なった。

その結果を示すのが、第４図及び第５図である。

これらの図は、有機結合剤の添加量と腐食減量との関係
を示すグラフであり、これらの図から、有機結合剤の添
加量が増加するに従って、耐食性が低下する傾向にあり
、最高２％添加までは、無添加とほぼ同等の耐食性を有
することが判かる。

以上、各種の有機結合剤が素材粉末の成形性及び潤滑性
を改善できるか検討した結果、メチルセルロース及びト
ラガントゴムが有効適切であることが判った。

（２）有機結合剤の添加量 次に、メチルセルロース又はトラガントゴムが素材粉末
の成形性及び潤滑性を改善できるに最適な添加量につい
て検討する。

第６図は、有機結合剤の添加量と重量減少率との関係を
示すグラフである。

この第６図から、メチルセルロース及びトラガントゴム
のいずれの有機結合剤も０．５％以上添加することによ
って、粉末冶金用圧粉体の実用上の目安に使用されてい
る重量減少率を３係以下に改善することができることが
判かり、素材粉末に比べて充分に成形性が著しく改善さ
れていることが判かる。

又前記の如く、潤滑性、脱ろう性及び耐食性との関係か
ら、添加量の上限は２係である。

（３）有機結合剤の添加方法 従来、金属粉末の成形性及び潤滑性を改善するために有
機結合剤を添加する方法として次の３種類が知られてい
る。

即ち、■乾式混合法＠湿式混°練法及び■湿式混練後乾
燥する方法が知られている。

そこで、これらの添加方法について検討した。即ち先ず
、前記■乾式混合法（有機結合剤の種類の所の記載参照
）及び■湿式混練法は従来実用化されていない如く共に
粒界腐食法により生成されたステンレス鋼粉（素材粉末
）を原料粉末とするには、上記諸要件から適切でないこ
とが判った。

次いで上記■湿式混練後乾燥する方法の溶媒、乾燥に関
する諸条件を検討した。

（ｉ）溶媒 粉状体の有機結合剤をペースト状或いは泥漿体状となし
、該溶液中に金属粉末を加えて混練した後、乾燥するに
適した溶媒として、水或いは有機溶剤が知られている。

しかし、水と有機溶剤とを比較すると、上記有機結合剤
が水溶性でありかつ、コスト及び取扱い易さ等の点から
、溶媒は水とされる。

換言すれば、既に成形性のところで述べた如く素材粉末
の成形性、潤滑性等を改善するための有機結合剤の溶媒
も、水又は加熱された水（湯）に限った。

（１１）乾燥 粉状体の有機結合剤を水で混練した後に乾燥するときの
温度は、従来は水が蒸発する温度とされ、一般には１０
０〜１５０℃未満の低温である。

しかし、１００〜１５０°Ｃ未満の低温乾燥では、乾燥
に長時間を要し、その上、重量減少率も３％より増加し
てしまう。

前記第１図によると、メチルセルロース又はトラガント
ゴムは１５０〜３００℃又は１５０〜２５０°Ｃの範囲
内で強熱乾燥することにより重量減少率は３％以下とな
り成形性が改善され、メチルセルロース又はトラガント
ゴムの添加により加熱温度が２００°Ｃのとき重量減少
率が極小となることが判かる。

又、トラガントゴムを添加混練した場合、これを２５０
°Ｃ以上で強熱乾燥すると、第１図示の如く重量減少率
が再度増加する。

これはトラガントゴムが変成するためと考えられる。

そこで、乾燥は１５０°Ｃから前記有機結合剤が炭化若
しくは変成する温度未満の強熱ですることが必要である
。

（４）粉砕、分級 前記までで得られた乾燥塊は、従来公知の方法で粉砕、
分級されて粉末化され、原料粉末とされる。

以上述べて来た如く、メチルセルロース又はトラガント
ゴムを加熱された水で溶解して粘稠性の液体とし、該液
体中へ素材粉末（粒界腐食法により生成されたステンレ
ス鋼粉）を加えて混練し、。

この混練したステンレス鋼粉を１５０°Ｃから前記有機
結合剤が炭化若しくは変成する温度未満で強熱乾燥した
後、該乾燥塊を粉砕、分級することにより素材粉末に前
記有機結合剤を被覆して、該銅粉に成形性と潤滑性を附
与すると共に、被覆による流動性劣化、偏析性、圧粉体
密度・脱ろう性・耐食性の劣化等を防止して、この原料
粉末から機械構造用ステンレス鋼焼結品を製造すること
ができるように改善することができた。

次に本発明の１，２の実施例を説明する。

実施例 Ｉ ＪＩＳ−８ＵＳ３０４ステンレス鋼薄板（厚さ０、５
Ｍ ）を酸化雰囲気中にて７００℃、８時間保持して結
晶粒界に炭化物を析出せしめる鋭敏化処理を行なった。

これを沸騰している各１０係の硫酸と硫酸銅の溶液中に
５時間浸漬して粒界腐食を生ぜしめた。

これにより一部粉末化するなどした粉末化され易くなっ
た薄板の、表面上に析出した銅析出物を除去して、清浄
な粉末を得るために、６０°Ｃに加温した１０係硝酸溶
液中に１５分間浸漬して酸洗いを行なった。

次に十分に水洗し、ヒーターにて４時間乾燥し、ボール
ミルにて３０分間粉砕した後、１００メツシユの篩にて
分級した。

このようにして、５ＵＳ３０４ステンレス鋼紛（素材粉
末）を製造した。

ステンレス鋼製攪拌機にて約８０℃の湯２，０００印に
メチルセルロース０．１５Ｋｐを溶解して粘稠性の液体
とし、その中に上記ＳＵＳ ３０４ステンレス鋼粉１５
Ｋｇを加えて混練した。

これをステンレス鋼製のバット中に流し込んで電気炉に
て２５０°Ｃ１３０分間保持して強熱乾燥した。

この乾燥塊を分級装置のついているボールミルにて、約
１時間粉砕、分級し、１００メツシユ以下の粉末冶金用
ステンレス鋼粉を得た。

この粉末冶金用ステンレス鋼粉の特性は次の通りである
。

■ 流動度（ＪＩＳＺ２５０２） ３２．５ｓｅｃ１
５０ｇ■ 圧縮性（７ｔ ／ｃｒＡにて２０φ ×２０７１ｇ１に成形） ６．６３ ｇ／
、（ＩＭ■ 成形性（ＪＳＰＭ標準４ −６９．７ ｔ／（ｉにて成形） １．９５
係■ 潤滑性 焼付きは観察されない。

抜出力３８０ Ｋｐ／ｃｎｉ ■ 脱ろう性（７ｔ４にて２０φ ｘ２０ｍに成形６００°Ｃ×３０分 良好水素ガス
にて脱ろう） 次に、脱ろうした後に真空雰囲気（真空度１×１０ ’
Ｔｏｒｒ）にて１，２００°Ｃ１時間焼結を行ない、
得られた焼結体を耐食試験に供した。

その結果は、次の通りである。

■ 耐硝酸性（ＪＩＳＧＯ５７３ を参考） ４２．７９７ｍ２・
ｈｒ■ 耐硫酸性（ＪＩＳＧＯ５９３） ３４５ｇ
／ｍ２・ｈｒ又、粉末冶金用引張試験片（ＪＳＰＭ標準
２−６４）を厚さ５．０朧に成形し、耐食試験片と同様
に脱ろうし、焼結した後、インストロン型引張試験機に
て引張速度５ｉＷ／ｍｉｎで試験した。

その結果は、次の通りである。

■ 引張強さ ２８．３ Ｋ？／ｒｒ
ｒｒｊｉ■ 伸び（標点間距離２５匍 １５．３係実
施例 ２ ステンレス鋼製攪拌機にて約８０°Ｃの湯８００頭し、
トラガントゴム０． Ｉ ＫＰを加えて溶解して粘稠性
の液体となし、その中へ上記実施例１と同じ５ＵＳ３０
４ステンレス鋼粉３ Ｋｐを加えて混練した。

これをステンレス鋼製バット中に流し込んで電気炉にて
２００°Ｃ１３０分間保持して強熱乾燥した。

この乾燥塊を分級装置のついたボールミルにて約４０分
間粉砕分級し、１００メツシユ以下の粉末冶金用ステン
レス鋼粉を得た。

該銅粉及びこれを用いて製造された焼結晶の特性は、次
の通りである。

■伸び ８．３％ 上記実施例１及び２から得られた原料粉末の成形性は、
その処理＠（有機結合剤添加前）の素材粉末（粒界腐食
法により生成されたステンレス鋼粉）の重量減少率が１
００％であったのに対して前記公知のアトマイズ法によ
って生成されたステンレス鋼粉の重量減少率の１．０係
に近い１．９５〜２．８％になって、機械構造用ステン
レス鋼焼結品を製造する場合の原料粉末として充分改善
されたことが判ると共に、又核原料粉末の潤滑性も、有
機結合剤添加前の素材粉末又はアトマイズ法によって生
成されたステンレス鋼粉で製造された圧粉体と金型との
間で抜出し時に焼付きが認められたのに対して、本原料
粉末を使用した場合には焼付きが観察されなかったのみ
でなく、抜出力も３１０〜３８０ Ｋ？／ｃｍｆで小さ
くてよい。

これは、素材粉末に上記有機結合剤を被覆することによ
り成形性及び潤滑性が改善された原料粉末が得られたこ
とを意味する。

換言すれば上記実施例１，２から、いずれも粒界腐食法
により生成されたステンレス鋼粉を有機結合剤としてメ
チルロース又はトラガントコムで被覆して該銅粉に優れ
た成形性及び潤滑性を附与し、他面被覆によって、流動
性・脱ろう性・その他を劣化せしめることなく、機械構
造用ステンレス鋼焼結品を製造することができる原料粉
末となし、焼結後も耐食性・引張強さ等においても充分
前記焼結晶製造の実用に供し得るものであることが確認
された。

本発明は上記実施例に限定されることなく、その特許請
求の範囲に記載の要旨に反しない限り、附加変更をなし
得るものであって、例えば、メチルセルロース又はトラ
ガントゴムに限定されることなく、メチルセルロースと
上記諸性質が同様なもの、例えばエチルセルロース、カ
ルボキシルメチルセルロースも含まれるし、加熱された
水（湯）に限らず、常温の水も含むし、ステンレス鋼は
ＪＩＳ−８ＵＳ３０４に限らないし、薄板から製造した
ものに限らず粒界腐食法により生成され得る原料ならば
鋼材、鋼板、スクラップ等を含むし、粉砕、分級方法は
公知のどの方法を採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の鋼粉の特性を示すグラフにして、第１図
は、成形性に及ぼす加熱温度の影響を示すグラフであり
、第２図は流動性、第３図は圧縮性第４図は耐硝酸性、
第５図は耐硫酸性を各示すグラフであり、第６図は成形
性に及ぼす添加量の影響を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシ
   ルセルロース、トラガントゴムのいずれか１つを水又は
   加熱された水で溶解して粘稠性の液体となす第１工程と
   、第１工程で得られた液体中へ粒界腐食法により生成さ
   れたステンレス鋼粉を加えて混練する第２工程と、第２
   工程で混練されたステンレス鋼粉を１５０’Ｃから前記
   有機結合剤が炭化若しくは変成する温度未満で強熱乾燥
   する第３工程と、第３工程で得られた乾燥塊を粉砕、分
   級する第４工程とよりなることを特徴とする粉末冶金用
   ステンレス鋼粉の製造方法。